聚丙烯薄膜能.doc

精品文檔1前言 由于電容器用雙向拉伸聚丙烯薄膜具有較高的機(jī)械性能和電氣性能，聚丙烯薄膜電容器的使用范圍越來(lái)越廣。為滿足電氣裝置小型化和元件密集化的發(fā)展要求，提高聚丙烯薄膜電容器的最高使用溫度，特別是在交流回路上使用的電容器，不僅要抑制電容器元件的內(nèi)部發(fā)熱，而且要考慮使用的環(huán)境溫度。例如，在路燈等照明穩(wěn)定器上使用的交流回路及馬達(dá)控制回路上使用的電容器，電網(wǎng)補(bǔ)償用各種高低壓電容器、空調(diào)馬達(dá)啟動(dòng)用電容器、城市輕軌機(jī)車用電容器等對(duì)電容器的耐熱性能有著更高的要求。用普通BOPP薄膜卷繞而成的電容器隨著其工作時(shí)間的加長(zhǎng)，其內(nèi)部溫升較快，導(dǎo)致電容器的穩(wěn)定性急劇下降，甚至造成電容器失效，給電氣整機(jī)或電網(wǎng)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。因此要求電容器具有較高的使用溫度。作為電介質(zhì)使用的聚丙烯薄膜耐溫性要求：短時(shí)間的快速加熱產(chǎn)生的機(jī)械變形，即熱收縮率適當(dāng)?shù)匦?；在高溫下膜的電性能?yōu)良；高溫下電性能隨時(shí)間下降得盡量少。 根據(jù)聚丙烯的熔點(diǎn)為165這一物理限制，進(jìn)一步提高電容器用聚丙烯薄膜的使用溫度應(yīng)該是可行的。2聚丙烯薄膜耐溫性指標(biāo)分析 眾所周知，薄膜的耐溫性能與薄膜的熱收縮率密不可分，高的薄膜熱收縮率可導(dǎo)致收卷后膜卷硬度過(guò)大，卷繞過(guò)緊，從而使薄膜易粘結(jié)或在高速分切情況下破裂；在蒸鍍Al或Zn時(shí)會(huì)因過(guò)高的熱能轉(zhuǎn)換導(dǎo)致薄膜收縮造成金屬層皸裂；電容器心子在熱聚合時(shí)端面易倒伏，造成噴金層剝離或噴金附著力差。上述因素將導(dǎo)致電容器質(zhì)量缺陷，這也是為什么要提高薄膜耐溫性的原因。因此，用薄膜的熱收縮率指標(biāo)來(lái)衡量聚丙烯薄膜的耐溫性能是必然的，但兩者之間究竟是什么關(guān)系目前尚無(wú)定義。作者查閱相關(guān)資料，日本學(xué)者提出聚丙烯薄膜在120溫度下放置15分鐘，其橫向熱收縮率1，縱向熱收縮率3（或者橫向和縱向熱收縮率之和4），薄膜的灰分和內(nèi)部霧度的積小于10ppm，等規(guī)度大于985的聚丙烯薄膜電容器的最高使用溫度可從原來(lái)的85最高再提高20。因此，提高薄膜的耐溫性能，應(yīng)從聚丙烯薄膜的熱收縮機(jī)理、原料、工藝等方面進(jìn)行分析。3聚丙烯薄膜的熱收縮機(jī)理分析 分子鏈的剛?cè)岜碚麈溸\(yùn)動(dòng)的自由性，鏈愈柔順，鏈段愈容易運(yùn)動(dòng)、分離，熔點(diǎn)低，耐熱愈差。大多數(shù)高分子鏈具有柔性，高分子聚丙烯也不例外，在不受外力作用時(shí)自發(fā)趨于卷曲形狀。電容器用雙向拉伸聚丙烯薄膜是通過(guò)在一定溫度下對(duì)聚丙烯粒子的擠出、鑄片成型、縱向拉伸、橫向拉伸、收卷等過(guò)程完成的。聚丙烯薄膜的熱收縮率受其柔性影響，首先表現(xiàn)為薄膜應(yīng)力的松弛，剛收卷的薄膜熱收縮率較時(shí)效后的薄膜大；其次，聚丙烯薄膜在縱向和橫向拉伸過(guò)程中的分子取向無(wú)法做到完全的規(guī)整排列，薄膜中存在晶區(qū)和非晶區(qū)，非晶區(qū)域也即薄膜中的空洞，給薄膜的收縮提供了空間，薄膜在120溫度環(huán)境下，聚丙烯分子獲得能量，使其足于克服主鏈單鍵旋轉(zhuǎn)位壘時(shí)，鏈段和整個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈再次趨于卷曲，出現(xiàn)熱收縮。4原料分析 在合成高聚物的晶體中，分子鏈通常采取比較伸展的構(gòu)象。聚丙烯是具有較大取代基的高分子鏈，采取螺旋形構(gòu)象，在晶體中作緊密堆砌時(shí)，采取主鏈中心軸互相平行的方式排列，高分子一旦結(jié)晶，排列在晶相中的高分子鏈的構(gòu)象就不再改變。如果聚合物的主鏈結(jié)構(gòu)具有一定的規(guī)整性，高分子鏈能結(jié)晶，結(jié)晶造成分子的緊密集聚，增強(qiáng)了分子間的作用力，結(jié)晶度愈高，熔點(diǎn)愈高，其耐熱性能將提高。因此，提高薄膜耐溫性的關(guān)鍵是提高薄膜的結(jié)晶度，使薄膜中的分子排列規(guī)整，減少非晶區(qū)。而高聚物分子中取代基團(tuán)的對(duì)稱性直接影響薄膜的結(jié)晶，為此，如要提高聚丙烯薄膜的結(jié)晶度，首先要提高原料的等規(guī)度。目前，國(guó)內(nèi)電容器膜用聚丙烯粒子的等規(guī)度一般在96，結(jié)晶度為40，而采用等規(guī)度為985以上的聚丙烯原料，可使結(jié)晶度提高到50。5工藝分析 高聚物的分子結(jié)構(gòu)是能否結(jié)晶的根本原因，但高聚物能否實(shí)現(xiàn)結(jié)晶，還必須有一定的外部條件。欲使結(jié)晶過(guò)程能自發(fā)地進(jìn)行，體系的自由能必須減少，即GG晶G非晶0。根據(jù)高聚物結(jié)晶過(guò)程分析，影響聚合物結(jié)晶的外部條件有兩個(gè)： 1）溫度 當(dāng)聚合物溫度接近熔點(diǎn)Tm時(shí)，鏈段遷移擴(kuò)散容易，而晶核形成困難，成核速率小；當(dāng)溫度接近玻璃化溫度Tg時(shí)，成核速率大，而分子鏈擴(kuò)散進(jìn)入晶格困難，晶體生長(zhǎng)慢。一般在Tm和Tg之間有一個(gè)最大結(jié)晶速率的溫度，它與Tm的關(guān)系粗略地服從Tmax085Tm。 2）進(jìn)行拉伸或應(yīng)力取向 在拉伸過(guò)程中，原來(lái)卷曲的分子鏈伸展開(kāi)來(lái)，其構(gòu)象大大減少，分子排列有序性提高，拉伸后的熵S非晶比拉伸前的熵非晶為小，因此，拉伸取向有利于結(jié)晶。 另外，拉伸后的薄膜在張緊的情況下進(jìn)行熱處理（熱定型），即在高于拉伸溫度，低于熔點(diǎn)溫度的某一適宜溫度（該過(guò)程溫度控制在聚合物最大結(jié)晶速率的溫度Tmax，接近于一種等溫和靜態(tài)的結(jié)晶過(guò)程）對(duì)薄膜進(jìn)行熱處理以加速聚合物二次結(jié)晶或后結(jié)晶過(guò)程。熱處理為一松弛過(guò)程，通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜幔ㄍǔ閹酌耄┠艽偈狗肿渔湺渭铀僦嘏乓蕴岣呓Y(jié)晶度和使晶體結(jié)構(gòu)趨于完善，后冷卻至室溫，其內(nèi)部分子鏈的相對(duì)位置不易發(fā)生移動(dòng)。而且聚合物中晶體（微晶）類似“交聯(lián)點(diǎn)”有限制鏈段運(yùn)動(dòng)的作用，高結(jié)晶度微晶密度較高，使大分子鏈非晶部分變短，因而聚合物的耐熱性能得到提高。 因此，提高雙向拉伸聚丙烯薄膜耐溫性能的工藝關(guān)鍵點(diǎn)為： （1）擠出溫度和激冷輥溫度的控制； （2）薄膜拉伸溫度的確定； （3）熱定型溫度的確定； （4）縱向和橫向拉伸比的確定。6結(jié)論 通過(guò)采用等規(guī)度985以上的電工用聚丙烯原料和合理的BOPP雙向拉伸工藝，降低薄膜的熱收縮率，提高薄膜的耐溫性能是完全可能的。同時(shí)，由于聚丙烯薄膜結(jié)晶度的提高，分子鏈排列規(guī)整，薄膜的拉伸強(qiáng)度和介電強(qiáng)度也得到了提高。國(guó)外已有相關(guān)產(chǎn)品，我公司通過(guò)采用高等規(guī)度原料并優(yōu)化拉伸工藝，也已生產(chǎn)出耐溫性能明顯提高的電容器用聚丙烯薄膜。參考文獻(xiàn)：1天津大學(xué)化工系高分子教研室編高分子物理M1979年4月2高俊剛、李源勛高分子材料M2002年6月3楊偉、楊鳴波BOPP熱穩(wěn)定性研究J中國(guó)塑料2001，154楊偉